10.3.1  概述

線路勘測(cè)、管線測(cè)量及隧道貫通測(cè)量是鐵路、交通、輸電、通訊等工程建設(shè)中重要的工作。以往大多采用傳統(tǒng)的控制測(cè)量、工程測(cè)量方法進(jìn)行控制網(wǎng)建立及施測(cè)，由于該類測(cè)量控制網(wǎng)大多以狹長(zhǎng)形式布設(shè)，并且很多工程穿越山林，周圍已知控制點(diǎn)很少，使得傳統(tǒng)測(cè)量方法在網(wǎng)形式布設(shè)、誤差控制等多方面帶來很大問題。同時(shí)傳統(tǒng)方法作業(yè)時(shí)間也比較長(zhǎng)，直接影響了工程建設(shè)的正常進(jìn)展。自從將GPS技術(shù)引入該領(lǐng)域以來，使其測(cè)量效率及測(cè)量精度得到可喜的提高，本節(jié)將以西安——南京線GPS控制網(wǎng)、秦嶺某隧道貫通GPS網(wǎng)及北京地鐵精密導(dǎo)線GPS復(fù)測(cè)為例，介紹GPS技術(shù)在線路勘測(cè)及隧道貫通等測(cè)量中的應(yīng)用。

10.3.2  線路GPS控制網(wǎng)的建立

傳統(tǒng)的線路測(cè)量一般采用導(dǎo)線法，在初測(cè)階段沿設(shè)計(jì)線路布設(shè)初測(cè)導(dǎo)線。該導(dǎo)線既是各專業(yè)開展勘測(cè)的控制基礎(chǔ)，也是進(jìn)行地形測(cè)量的首級(jí)控制，所以要求相鄰導(dǎo)線點(diǎn)通視。在該線路測(cè)量中應(yīng)用GPS技術(shù)的形式是沿設(shè)計(jì)線路建立狹帶狀控制網(wǎng)。目前主要有兩種情況，一種是應(yīng)用GPS定位技術(shù)替代導(dǎo)線測(cè)量；一種是應(yīng)用GPS定位技術(shù)加密國(guó)家控制點(diǎn)或建立首級(jí)控制網(wǎng)。在實(shí)際生產(chǎn)中較多的用了后者。

下面以西安——南陽(yáng)段GPS控制網(wǎng)為例，說明GPS線路控制網(wǎng)的布設(shè)和應(yīng)用情況。

1.布網(wǎng)形式

鐵道部《鐵路測(cè)量技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，1：2000比例尺地形圖測(cè)繪起、閉于高級(jí)控制點(diǎn)的導(dǎo)線全長(zhǎng)不得大于30km（公路線路一般規(guī)定≤10km）。據(jù)此，鐵路GPS線路控制網(wǎng)布設(shè)應(yīng)滿足以下幾條：作為導(dǎo)線起閉點(diǎn)的GPS應(yīng)成對(duì)出現(xiàn)；每對(duì)點(diǎn)必須通視，間隔以1km為宜（不宜短于200m）；每對(duì)點(diǎn)與相鄰一對(duì)點(diǎn)的間隔不得大于30km。具體間隔視作業(yè)條件和整個(gè)控制測(cè)量工作計(jì)劃而定，一般5~15km布設(shè)一對(duì)點(diǎn)。這些點(diǎn)均沿設(shè)計(jì)線路布設(shè)，其圖形類似線形鎖。

圖10-4顯示了西安——南京線西安至南陽(yáng)段GPS控制網(wǎng)的布設(shè)網(wǎng)形。

西安——南京線中西安至南陽(yáng)線路長(zhǎng)度450km，線路通過秦嶺山脈東段和豫西山區(qū)。GPS定位測(cè)量是為初測(cè)導(dǎo)線提供起閉點(diǎn)。GPS網(wǎng)由13個(gè)大地四邊形和2個(gè)三角形組成。待定點(diǎn)（GPS控制點(diǎn)）24點(diǎn)為12個(gè)點(diǎn)對(duì)，相鄰點(diǎn)對(duì)間平均距離18km。聯(lián)測(cè)了六個(gè)國(guó)家控制點(diǎn)，選用其中五個(gè)點(diǎn)作已知點(diǎn)參與平差。

為了提高勘測(cè)精度和便于日后勘測(cè)工作的開展，在構(gòu)建GPS控制網(wǎng)時(shí)在以下地段布設(shè)GPS點(diǎn)對(duì)：

①線路勘測(cè)起迄處；

②線路重大方案起迄處；

③線路重大工程，如隧道、特大橋、樞紐等地段；

④航攝測(cè)段重疊處。

2．觀測(cè)及處理

GPS控制網(wǎng)觀測(cè)選用單頻機(jī)或

雙頻GPS接收機(jī)，采用靜態(tài)觀測(cè)模式，時(shí)段長(zhǎng)度一般為30~90min。數(shù)據(jù)預(yù)處理采用隨機(jī)軟件。

線路測(cè)量采用國(guó)家統(tǒng)一的平面坐標(biāo)系統(tǒng)——1954年北京坐標(biāo)系。WGS-84與1954北京坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換采用國(guó)家控制點(diǎn)重合轉(zhuǎn)換，在西安——南京線中西安至南陽(yáng)段約束平差計(jì)算時(shí)，剔除了有明顯問題的炮校三角點(diǎn)，選用其余五個(gè)點(diǎn)進(jìn)行約束平差。

經(jīng)平差計(jì)算，起閉點(diǎn)的GPS點(diǎn)精度達(dá)到國(guó)家四等點(diǎn)的精度，滿足線路測(cè)量需要。

10.3.3  長(zhǎng)隧道GPS施工控制網(wǎng)

隧道施工控制網(wǎng)是為隧道施工提供方向控制和高程控制的，一般由洞口點(diǎn)群和兩洞口之間聯(lián)系網(wǎng)組成。

圖10-5、圖10-6分別為秦嶺與云臺(tái)山隧道的GPS控制網(wǎng)（平面）。

秦嶺隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度10km，是我國(guó)最長(zhǎng)的鐵路隧道。秦嶺隧道GPS施工控制網(wǎng)共觀測(cè)30條獨(dú)立基線，平均邊長(zhǎng)4.1km，最長(zhǎng)邊長(zhǎng)18.6km。

去年臺(tái)山隧道GPS網(wǎng)在進(jìn)出洞口及斜井各布設(shè)3個(gè)GPS點(diǎn)。

采用靜態(tài)方式觀測(cè)，觀測(cè)2個(gè)時(shí)段，時(shí)段長(zhǎng)度為60min。但秦嶺隧道GPS網(wǎng)的聯(lián)系網(wǎng)邊每時(shí)段觀測(cè)90min。

用GPS水準(zhǔn)解決高程問題，為此建立一個(gè)高程轉(zhuǎn)換試驗(yàn)網(wǎng)，有10個(gè)網(wǎng)點(diǎn)，用II等精密水準(zhǔn)將黃海高程傳遞到洞口附近，聯(lián)測(cè)8個(gè)點(diǎn)，對(duì)聯(lián)測(cè)幾何水準(zhǔn)的點(diǎn)，采用快速靜態(tài)測(cè)量方式測(cè)定其點(diǎn)位。高程擬合采用非參數(shù)回歸模型，擬合的高程，滿足隧道貫通對(duì)高程的精度要求。

各項(xiàng)質(zhì)量檢核結(jié)果表明，秦嶺隧道GPS施工控制網(wǎng)達(dá)到測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》C級(jí)網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)，也滿足鐵路測(cè)量精度要求達(dá)到國(guó)家三等控制點(diǎn)精度。

10.3.4  地鐵精密導(dǎo)線GPS測(cè)量

地鐵精密導(dǎo)線GPS測(cè)量與普通控制網(wǎng)GPS測(cè)量有兩個(gè)顯著區(qū)別：

1．地鐵精密導(dǎo)線GPS測(cè)量呈線狀；

2．地鐵精密導(dǎo)線有大量短邊，邊長(zhǎng)為100m～500m。

所以，GPS測(cè)量必須針對(duì)精密導(dǎo)線測(cè)量的特點(diǎn)進(jìn)行。下面就以北京市地下鐵道復(fù)八線熱八區(qū)間精密導(dǎo)線GPS測(cè)量為例說明地鐵精密導(dǎo)線的測(cè)量。

用戶提出精度指標(biāo)為：

1.相鄰點(diǎn)位中誤差不得大于8mm；

2.GPS測(cè)定坐標(biāo)值與既有坐標(biāo)值（指原有控制點(diǎn)）之差不得大于20mm。

作業(yè)方案的制定

制定時(shí)作如下考慮：①待定點(diǎn)的分布雖然是線狀（導(dǎo)線形式），為了提高精度和剔除錯(cuò)誤,仍采用網(wǎng)狀觀測(cè)及平差處理;②靜態(tài)定位測(cè)量.同步環(huán)中每條基線測(cè)定的時(shí)段長(zhǎng)度為2小時(shí)(只測(cè)1個(gè)時(shí)段),PDOP小于6,同步觀測(cè)星數(shù)不小于4個(gè)；③已知控制點(diǎn)有3個(gè)點(diǎn)，待定精密導(dǎo)線點(diǎn)為8點(diǎn)，檢查2個(gè)點(diǎn)（原有精密導(dǎo)線點(diǎn)）。

圖10-7為GPS網(wǎng)布設(shè)示意圖。

圖中O為原有精密導(dǎo)線點(diǎn)，Δ為已知控制點(diǎn)，·為待定精密導(dǎo)線點(diǎn)。經(jīng)平差計(jì)算，F(xiàn)B₃₀和FB₃₂兩點(diǎn)GPS測(cè)定的坐標(biāo)與原有坐標(biāo)差值（見表10-7）Δx≤15mm,Δy≤8mm；相鄰點(diǎn)位中誤差小于8mm。

表10-7  GPS測(cè)定坐標(biāo)與原有坐標(biāo)較差

北京地下鐵道復(fù)八線熱八段精密導(dǎo)線GPS測(cè)量表明，應(yīng)用GPS定位技術(shù)測(cè)定地鐵精密導(dǎo)線平面位置是成功的，具有很好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。地鐵精密導(dǎo)線與區(qū)域控制網(wǎng)有一定區(qū)別，完全套用目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》不一定是最科學(xué)合理的。具體還要根據(jù)工程具體情況進(jìn)行靈活掌握。